Mit Hilfe der ultrahellen Röntgenpulse des European XFEL und einem speziellen Hochenergielaser konnte die Struktur von flüssigem Kohlenstoff bei Drücken von über einer Million Atmosphären und Temperaturen von etwa 7000 K bestimmt werden. Dieser Ansatz offenbarte eine komplexe Flüssigkeit mit einer wasserähnlichen Struktur und im Mittel vier benachbarten Atomen um jedes zentrale Kohlenstoffatom. (Bild: European XFEL)
Mit Hilfe der ultrahellen Röntgenpulse des European XFEL und einem speziellen Hochenergielaser konnte die Struktur von flüssigem Kohlenstoff bei Drücken von über einer Million Atmosphären und Temperaturen von etwa 7000 K bestimmt werden. Dieser Ansatz offenbarte eine komplexe Flüssigkeit mit einer wasserähnlichen Struktur und im Mittel vier benachbarten Atomen um jedes zentrale Kohlenstoffatom.
Im Wasserstoffatom kann die Quantentheorie so genau wie bei keinem anderen Element getestet werden. Voraussetzung dafür ist die Bestimmung von Naturkonstanten wie dem Protonenradius. Bisher wurde der Theorietest durch Diskrepanzen in den Protonenradiuswerten eingeschränkt. Unser 2S-6P-Wasserstoffexperiment hat dieses Rätsel gelöst und damit den bisher genauesten Standardmodelltest in Atomen ermöglicht.
Neben der Abschwächung enthält auch die Phasenverschiebung einer Lichtwelle nach Durchtritt eines Objekts genaue spektroskopische Informationen über dessen atomaren Aufbau. Für Röntgenlicht sind Phasenverschiebungen schwierig zu messen, bieten aber als Kontrastmechanismus einige Vorteile. Wir haben nun ein nanometergroßes Röntgeninterferometer entwickelt, mit dem wir die Wechselwirkung zwischen Röntgenphotonen und resonanten Atomen in Nanostrukturen untersuchen können.
Es ist eine zentrale Herausforderung in der Photonik und Quantentechnologie, die Bewegung von Quantenteilchen zwischen verschiedenen Energieniveaus zu kontrollieren. In einem kompakten, chipintegrierten Bauelement konnten wir durch Anregung einer Halbleiter-Mikrokavität mit akustischen Wellen im Gigahertz-Bereich einen makroskopischen Quantenzustand deterministisch in seine energetisch niedrigste Konfiguration überführen.
Mit Hilfe der ultrahellen Röntgenpulse des European XFEL und einem speziellen Hochenergielaser konnte die Struktur von flüssigem Kohlenstoff bei Drücken von über einer Million Atmosphären und Temperaturen von etwa 7000 K bestimmt werden. Dieser Ansatz offenbarte eine komplexe Flüssigkeit mit einer wasserähnlichen Struktur und im Mittel vier benachbarten Atomen um jedes zentrale Kohlenstoffatom.
Wie kann ein wenige Millimeter großes Insekt helfen, Gebäude ohne Strom zu kühlen? Die Silberameise überlebt extreme Hitze mithilfe raffinierter Mikrostrukturen, die einen Großteil des Sonnenlichts zurückwerfen und gleichzeitig thermische Energie über Infrarotstrahlung in den Weltraum abführen. Ihr Prinzip inspiriert neue, nachhaltige Konzepte der passiven Strahlungskühlung.
Moiré-Strukturen sind längst ein Schlüsselbegriff in der modernen Festkörperphysik. Sie entstehen, wenn sich zwei periodische Materialgitter mit leicht unterschiedlichen Gitterkonstanten oder Orientierungen übereinanderlagern. Das so entstehende großflächige Interferenzmuster, das als Moiré-Muster bezeichnet wird, kann die physikalischen Eigenschaften des Materials grundlegend verändern. Unserem Team ist es nun erstmals gelungen, eine neuartige Methode zu entwickeln, mit der sich komplexe Moiré-Muster im Nanometerbereich gezielt aufbauen lassen. Im Mittelpunkt stehen dabei DNA-Moleküle, jedoch nicht in ihrer biologischen Funktion als Träger der Erbinformation, sondern als molekulare Bausteine. Diese DNA-Bausteine lassen sich durch gezielte Sequenzgestaltung „programmieren“: Ihre Basenabfolge wird so entworfen, dass sich die DNA-Stränge über sequenzspezifische Wechselwirkungen selbstorganisiert zu komplexen, hierarchischen Strukturen zusammenfügen können. Damit eröffnen sich völlig neue Wege zur Gestaltung nanoskaliger Materialien.
Die Industrialisierung neuer Hochtechnologien ist risikoreich und kostenintensiv. Wir diskutieren zentrale Elemente und zeigen Wege auf, wie mit Herausforderungen umgegangen werden kann. Wichtige Punkte konkretisieren wir beispielhaft anhand der Industrialisierung von Quantensensoren, genauer: eines Quantenmagnetometers.
KI-Systeme wie ChatGPT bieten die Möglichkeit, numerische Analysen, grafische Darstellungen und Modellierungen in einem einzigen Werkzeug durchzuführen. Ein Beispiel ist der Fall mit Reibung.
